Диссертация (1152216), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Предложен двухконтурный четырѐхканальный регулятор температуры идавления в автоклаве, обеспечивающий снижение объѐма бракованной продукциии экономию энергоресурсов, за счет более точной коррекции взаимного влиянияконтуров регулирования. Регулятор является основой для создания системыавтоматическоговозмущающихуправления,воздействий,позволяющейсвязанныхспроизводитьизменениямикомпенсациютехнологическихпараметров.Разработанный регулятор может применяться при проектировании системуправления других подобных технологических установок.4.Длявсехэтаповтехнологическогопроцессасформированоматематическое описание, при котором максимальная относительная ошибкааппроксимации не превышает 5 %, что позволяет оптимизировать параметрырегуляторов.
Задача поиска параметров настройки регуляторов решена наосновании графоаналитического метода с использованием кривой разгона.Предложеноиспользованиетехнологическогопроцессапрямыхпоказателейстерилизациикачестваконсервов.дляанализаДанныйподходобеспечивает переходные процессы с заданными показателями качества, не104уступающими более сложным методам поиска настроек регулятора. Времярегулирования соответствует заданному, перерегулирование и статическаяошибка регулирования отсутствуют.5. Научно обосновано и экспериментально подтверждено, что настройкасистемы управления на переходный процесс с минимальной квадратичнойплощадью отклонения позволяет уменьшить энергозатраты и повысить точностьпроцесса регулирования параметров технологического процесса.105ГЛАВА 4. ПРОГРАММНО-АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫАВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СТЕРИЛИЗАЦИИКОНСЕРВОВ4.1 Описание структуры системы автоматического управления процессомстерилизации в автоклавеОсобенности конструкции автоклава марки Б6-КА2-В-2 представлены вглаве 1 на рисунке 1.4.
В состав автоклава входят следующие основные части икомпоненты [54]: корпус, первичные измерители технологических параметров,блок арматуры, средства механизации, теплоизоляция. В корпус автоклававварена термометрическая коробка, нижняя часть которой соединена свнутренней плоскостью автоклава, предназначенная для установки датчиковтемпературы и давления.
Корпус и трубопроводы автоклава теплоизолированы.Блоки арматуры предназначены для подключения автоклава к магистралями обеспечивают: подачу пара, подачу воды, подачу сжатого воздуха, верхний инижний слив воздуха и воды. На подводящих магистралях блоки арматуры дляводы, сжатого воздуха и пара собираются из шаровых запорных вентилей, ручныхзапорно-регулирующих вентилей (ВР), запорно-регулирующих клапанов системыавтоматического управления (КЗР) и обратных клапанов (ОК).
На магистраляхслива блоки арматуры собираются аналогично. Все блоки арматуры снабженыфильтрами. Обвязка автоклава вышеуказанными магистралями и установка наних арматуры приведена на рисунке 4.1.Для автоматического управления массовым расходом в трубопроводеиспользуется клапан с регулирующим органом, перемещающимся возвратнопоступательно вдоль центральной оси уплотнительной поверхности корпуса,перпендикулярной оси потока среды.
В системе используются проходные(прямоточные) клапаны, в которых направление оси потока в корпусе близко кпрямолинейному.106КорпусавтоклаваВШ-2Ф-2КЗР-2ВодаДу50ВЗ-1ОК-2Ф-4КЗР-41ВР-2ВШ-3Ф-3КЗР-3ВоздухДу50ПК-13Верхний сливДу50ОК-3ВР-43ВР-3БарбатѐрФ-5ВШ-1Ф-1КЗР-1ПарДу502ВР-1ОК-4ВР-5ОК-11Нижний сливДу50КанализацияДу50Рисунок 4.1 – Схема обвязки и подключений вертикального автоклаваДля ручного управления подачей в магистрали используется вентиль регулирующий клапан, рабочий орган которого перемещается при помощирезьбовой пары вдоль центральной оси уплотнительной поверхности.Клапан предохранительный (ПК-1) предназначен для автоматическогосброса среды при повышении (в автоклаве) уровня давления среды сверхустановленного.Вентиль запорный угловой (ВЗ) предназначен для ручного сбросаостаточного давления в конце цикла стерилизации, перед открытием крышкиавтоклава.Стерилизация консервов в воде с противодавлением применяется дляконсервов как в жестяной, так и в стеклянной таре.
После загрузки сеток сбанками в автоклав с подогретой водой, причѐм уровень воды должен быть вышеверхнего ряда банок, его крышку герметично закрывают и пускают пар.Температуру и давление регулируют согласно формуле стерилизации (1.1).Давление в автоклаве поддерживается путем подачи воздуха под давлением и107сброса его излишков через клапан верхнего слива.
После проведения этапастерилизации выполняется охлаждение продукта холодной водой, извлечениепродукта и опорожнение автоклава через нижний слив. Функциональная схемасистемыавтоматическогоуправления,реализующаяданныйалгоритмфункционирования технологического процесса, приведена на рисунке 4.2 [49].Измерение температурыИзмерение давленияAI2Контроль верхнего уровня водыПЛКDI1RS-232Панель оператораAO2 AO3 AO4Сигнал управленияAI1AO1ЭПП-4EthernetСигнал управленияЭПП-2Сигнал управленияВодаДУКЗР-2Слив верхнийЭПП-3Сигнал управленияВоздухКЗР-3SCADA –системаВоздух для питанияЭПП и МИМЭПП-1ПККЗР-4ПарВертикальныйавтоклавДТДДКЗР-1ВРСлив нижнийПЛК – программируемый логический контроллер; ПК – персональныйкомпьютер; RS-485, Ethernet – интерфейсы связи; ДТ – датчик температуры; ДД –датчик давления; ДУ – датчик уровня воды; ЭПП – электропневматическийпреобразователь (позиционер) к мембранному исполнительному механизму; КЗР– клапан запорно-регулирующий с мембранным исполнительным механизмом; ВР– вентиль ручного управления.Рисунок 4.2 – Схема системы автоматического управления технологическимпроцессом стерилизации консервов в автоклаве108Реализация заданных технологических режимов процесса стерилизации собеспечением требуемой точности имеет первостепенное значение, так как приэтом резко снижается объем бракованной продукции, сокращается время действияповышенной температуры в автоклаве, соответственно снижаются расходэнергии, затраты на обслуживание.Система автоматического управления регулирует два основных параметрапроцесса стерилизации консервов: температуру и давление.
Система включает всебяавтоматизированноерабочееместооператораиобеспечиваетавтоматическое выполнение всех стадий технологического процесса, начиная сподготовительных операций и заканчивая регулированием основных параметровсогласно формуле стерилизации (1.1).В качестве главного управляющего устройства в системе используетсяпрограммируемый логический контроллер, позволяющий построить на своейоснове систему управления требуемой степени сложности [53]. ПЛК нашли своѐширокое применение в промышленности за счѐт того, что имеют повышеннуюустойчивость к влиянию производственной среды, малые габаритные размеры,модульную конструкцию с возможностью расширения, простоту замены иремонта, наличия сторожевого таймера, флэш-памяти, большого количестваинтерфейсов и т.д.Контроль оператором за технологическим процессом осуществляетсявизуально по показаниям приборов (манометра и термометра), установленных втермокорман автоклава, а также по информации, отражаемой на цифровомдисплее щита управления.Измерение температуры воды и рабочего давления внутри автоклаваосуществляется датчиками (ДТ и ДД) с выходным унифицированным сигналом(4…20 мA).
Информация с них поступает на аналоговые унифицированные входыконтроллера Analog Input (AI).Контроль верхнего уровня воды в автоклаве происходит по датчику (ДУ),срабатывающему на контакт с водой. Информация о наличии воды поступает надискретный вход контроллера Discrete Input (DI).109Параметры регулирования – температура и давление взаимосвязаны,поэтому в системе предусмотрено два связанных контура управления. Дляуправления выходными устройствами используются четыре аналоговых выходаконтроллера Analog Output (AO) с унифицированным сигналом (4…20 мA). Врассматриваемойсистемевкачествезапорно-регулирующейарматурыприменяются односедельные клапаны, прекращающие подачу рабочей среды(воды, воздуха, пара), когда действие управляющего сигнала 4…20 мAпрекращается. По этому признаку клапаны относятся к нормально закрытым.
Вкачестверегулирующегооргананаклапаныустановленмембранныйисполнительный механизм. Выбор данного устройства обусловлен быстротой егосрабатыванияивысокойчувствительностьюкуправляющемусигналу.Электрические исполнительные механизмы с электроприводом в этом отношениизначительно проигрывают. Так как мембранные исполнительные механизмыявляются пневматическими, то для преобразования стандартного электрическогосигнала управления (4…20 мA) в пневматический (0,02…0,1 МПа) в схемеиспользуются электропневматические преобразователи (ЭПП).Алгоритм работы (включения в работу) регулирующих клапанов, согласнорисунку 4.2 приведѐн в таблице 4.1.Для управления процессом и отображения информации техпроцессанепосредственно на объекте используется цифровая панель оператора на щитеуправления.
Связь между контроллером и панелью оператора осуществляется посетевому интерфейсу RS-232.Для архивирования данных о процессе регулирования используетсяSCADA-система (Supervisory Control And Data Acquision System – SCADА) наудалѐнном компьютере. Передача и архивация данных на верхний уровеньосуществляетсяпоинтерфейсуEthernet.ВкачествеSCADA-системыиспользуется система исполнения визуализаций HMI среды программированияконтроллеров CoDeSys [69]. По выбору разработчика может использоваться идругая SCADA-система, работающая с OPС-сервером [65].110Таблица 4.1 - Алгоритм работы регулирующих клапанов№ НаименованиеоперацииКЗР-1(пар)КЗР-2(вода)КЗР-3(воз.)КЗР-4(сл.
в)8Исходноесостояние.Автоклав пустойЗаполнениеавтоклава водой донижнегоуровня(по времени)Предварительныйнагревводывавтоклаведозаданнойтемпературы(передзагрузкойконсервов)Загрузка консервовв автоклавЗаполнениеавтоклава водой доверхнегоуровня(ДУ)Опрессовка(проверкагерметичностиавтоклава)НагревтеплоносителяСтерилизация9ОхлаждениеВыкл.Вкл.Вкл.Вкл.10Опорожнениеавтоклава от водыВыгрузкаконсервовизавтоклаваВыкл.Выкл.Выкл.Выкл.Выкл.Выкл.Выкл.Выкл.123456711ПослеВР(сл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
